(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝集、沈殿、凝結及びバラスト凝集を含む群から選択される少なくとも１つの浄化方法を用いる水処理施設の沈殿ゾーンに設けられ、スラッジを繰り返し循環させて該スラッジから水分を漸進的に除去するためのスラッジ再循環システムであって、
前記水処理施設において、低密度の固体物質と高密度の固体物質とを含む水を受容する下流スラッジ回収槽であって、重力の作用で固体物質を堆積させる前記沈殿ゾーンが内部に画定された、該下流スラッジ回収槽と、
再循環装置とを備え、
前記下流スラッジ回収槽が、その底部部分において、重力の作用でスラッジが堆積し得る所定体積の前記沈殿ゾーンを画定するスラッジ回収キャビティを有し、
前記再循環装置が、
ｉ．低密度の固体物質を含む前記スラッジを高密度の固体物質から分離することによって前記溶液を浄化させる固液分離手段と、
ｉｉ．（１）前記スラッジ回収キャビティに接続された入口端及び前記固液分離手段に接続された出口端を有する再循環ライン、（２）前記固液分離手段に機能的に接続された入口端及び前記スラッジ回収槽に接続された出口端を有し、前記低密度の固体物質を含む前記スラッジを前記スラッジ回収槽に再循環させる再導入ライン、及び（３）前記再導入ラインに接続された入口端及び前記水処理施設の外側へ、前記低密度の固体物質を含む前記スラッジを排出する下流出口端を有する排出ラインを含む、再循環手段と、
ｉｉｉ．前記スラッジ再循環システムを通じての前記低密度の固体物質を含む前記スラッジの繰り返し循環中に作動し、前記スラッジ再循環システムから前記排出ラインを介してスラッジを漸進的に除去する手段と、
ｉｖ．前記繰り返し循環中に前記再循環装置内にスラッジを移送する手段とを含むことを特徴とするスラッジ再循環システム。
【請求項２】
前記再循環装置内にスラッジを移送する前記手段が、前記再循環ライン上の下流に設置されたポンプであることを特徴とする請求項１に記載のスラッジ再循環システム。
【請求項３】
前記固液分離手段が、前記ポンプに対して前記再循環ラインの下流に設置された液体サイクロンであり、該液体サイクロンが、前記再循環手段に接続されたオーバーフロー排出口と、凝集ゾーン内に排出するアンダーフロー排出口とを含むことを特徴とする請求項２に記載のスラッジ再循環システム。
【請求項４】
前記液体サイクロンの効率を最適化するような方法で前記再循環装置を流れる前記溶液の流れを調節するために、流れ制御手段及び固体濃度制御手段を含む群から選択される制御手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項３に記載のスラッジ再循環システム。
【請求項５】
前記スラッジ再循環システムから前記排出ラインを介して前記低密度の固体物質を含む前記スラッジを漸進的に除去する前記手段が、前記液体サイクロンの効率をさらに最適化するべく、前記流れ制御装置と協働して動作し、前記低密度の固体物質を含む前記スラッジの固体物質濃度に応じて該スラッジの流量を調整する浮遊固体分析計であることを特徴とする請求項４に記載のスラッジ再循環システム。
【請求項６】
前記沈殿ゾーンが回転スクレーパを含み、該回転スクレーパが、前記沈殿ゾーンの面と或る関係を持つスクレーパ面を画定し、該スクレーパ面に対して上部部分及び下部部分を含みかつ該スクレーパ面上で回転し、前記回転スクレーパが、前記沈殿ゾーンの前記底部に堆積したスラッジを前記底部に押し付けた状態で前記スラッジ回収キャビティに向けて案内し、かつ前記スクレーパ面において前記沈殿ゾーンを第１の上方の部分及び第２の下方の部分に効果的に分け、それにより、前記第２下方部分内に位置する前記スラッジ回収キャビティ、前記再循環ライン入口端及び前記再導入ライン出口端を前記沈殿ゾーンの前記第１上方部分から分離するようにしたことを特徴とする請求項５に記載のスラッジ再循環システム。
【請求項７】
前記回転スクレーパが、中空シャフトを形成する中心が中空の構造であり、前記スラッジ回収キャビティ内部に排出する前記再循環装置の前記再導入ラインの下流端部分と同一空間にあることを特徴とする請求項６に記載のスラッジ再循環システム。
【請求項８】
前記中空シャフトと同軸上に前記スクレーパの前記下部部分に逆円錐状部が凹凸をなして形成されており、それにより、前記スラッジ回収キャビティ内に溜まった前記溶液が前記再導入ライン内に動的に逆流することを実質的に防止し、かつ前記再循環ラインを流れる流れを最大にするようにしたことを特徴とする請求項７に記載のスラッジ再循環システム。
【請求項９】
前記再循環装置の前記再循環手段の前記再循環ラインと前記再導入ラインが、前記スラッジ回収槽まで該槽の外部から延在することを特徴とする請求項６に記載のスラッジ再循環システム。
【請求項１０】
前記再循環装置の前記再導入ラインの出口端が、前記スラッジ回収キャビティの内部に開口していることを特徴とする請求項５に記載のスラッジ再循環システム。
【請求項１１】
前記再循環装置が砂沈殿チャンバをさらに含み、該砂沈殿チャンバが、前記再導入ライン及び前記排出ラインの上流かつ前記液体サイクロンの下流に設置されており、それによって、スラッジが砂様の物質を含むとき、前記再循環装置内で砂様の粒状物質を回収できるようにしたことを特徴とする請求項７に記載のスラッジ再循環システム。
【請求項１２】
前記再循環装置が、液体サイクロンと、前記再導入ラインに設置された再循環流量制御弁と、同様に前記再導入ラインに設置された浮遊固体分析計とを含み、前記再循環装置内のスラッジの濃度に応じて前記流量制御弁の開閉を制御するようにしたことを特徴とする請求項７に記載のスラッジ再循環システム。
【請求項１３】
浮遊固体分析計が、前記水処理施設に水を供給する供給パイプに取り付けられており、それによって前記再循環装置を通る水流を前記水中のコロイド状汚濁物質濃度に応じて制御できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のスラッジ再循環システム。
【請求項１４】
前記液体サイクロンが、前記スラッジ再循環システムにおいて再循環される前記低密度の固体物質を含む前記スラッジを排出するようにしたことを特徴とする請求項７に記載のスラッジ再循環システム。
【請求項１５】
前記沈殿ゾーンの前記第２下方部分に沈殿したスラッジが前記沈殿ゾーンの前記第１上方部分内に戻ることを防止し、かつ前記再導入ラインから前記再循環ラインへの流れを最大にする、請求項８に記載のスラッジ再循環システムを利用して特定の流体流れ挙動を生じさせる方法であって、
ａ）水と汚濁物質フロックとの混合液を沈殿ゾーンに流入させるステップと、
ｂ）その後、重力の作用で、前記フロックを、前記槽の底部部分に位置しかつ所定体積の前記沈殿ゾーンを画定するスラッジ回収キャビティを含む下流スラッジ回収槽に沈降させ、スラッジを形成するステップと、
ｃ）下端部分及び中空中心部を含む回転スクレーパによって、前記槽の前記底部に堆積したスラッジを前記底部に押し付けた状態で前記スラッジ回収キャビティに向けて案内するステップと、
ｄ）前記スラッジ回収キャビティ内に位置する吸入口を有しかつポンプに機能的に接続された再循環ラインによって、前記再循環装置内にスラッジを移送するステップと、
ｅ）前記スクレーパの前記中空中心部内に位置する出口端を有する再導入ラインを介して、所定量のスラッジを前記スラッジ回収キャビティ内に再導入するステップと、
ｆ）結果として生じたスラッジ流を、
ｉ．前記回転スクレーパ、
ｉｉ．前記スラッジ回収キャビティ、
ｉｉｉ．前記再循環装置、
ｉｖ．前記再循環ライン、及び
ｖ．前記回転スクレーパの前記中空中心部内に位置し、前記スラッジ回収キャビティ内に排出する前記再循環装置の前記再導入ラインの特定の組み合わせにより、前記再導入ライン内に逆流させることなく前記再循環ラインに向けて再循環させるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記スクレーパの前記下端部分に逆円錐状部を設け、スラッジの流れが前記再導入ライン内に逆流することなく前記再循環ラインを介して前記再導入ラインから注ぎ込むことをさらに可能にしたことを特徴とする請求項１５に記載の特定の流体流れ挙動を生じさせる方法。
【請求項１７】
前記沈殿ゾーンの前記第２下方部分に沈殿したスラッジが前記沈殿ゾーンの前記第１上方部分内に戻ることを防止し、かつ前記再導入ラインから前記再循環ラインへの流れを最大にする、請求項９に記載のスラッジ再循環システムを利用して特定の流体流れ挙動を生じさせる方法であって、
ａ）水と汚濁物質フロックとの混合液を沈殿ゾーンに流入させるステップと、
ｂ）その後、重力の作用で、前記フロックを、前記槽の底部部分に位置しかつ所定体積の前記沈殿ゾーンを画定するスラッジ回収キャビティを含む下流スラッジ回収槽に沈降させ、スラッジを形成するステップと、
ｃ）下端部分及び中空中心部を含む回転スクレーパによって、前記槽の前記底部に堆積したスラッジを前記底部に押し付けた状態で前記スラッジ回収キャビティに向けて案内するステップと、
ｄ）前記スラッジ回収キャビティ内に位置する吸入口を有しかつポンプに機能的に接続された再循環ラインによって、前記再循環装置内にスラッジを移送するステップと、
ｅ）前記スラッジ回収キャビティの壁部に位置する出口端を有する再導入ラインを介して、所定量のスラッジを前記スラッジ回収キャビティ内に再導入するステップと、
ｆ）結果として生じたスラッジ流を、
ｉ．前記回転スクレーパ、
ｉｉ．前記スラッジ回収キャビティ、
ｉｉｉ．前記再循環装置、
ｉｖ．前記再循環ライン、及び
ｖ．前記スラッジ回収キャビティの前記壁部に位置する前記再循環装置の前記再導入ラインの特定の組み合わせにより、前記再導入ライン内に逆流させることなく前記再循環ラインに向けて再循環させるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記スクレーパの前記下端部分に逆円錐状部を設け、スラッジの流れが前記再導入ライン内に逆流することなく前記再循環ラインを介して前記再導入ラインから注ぎ込むことをさらに可能にしたことを特徴とする請求項１７に記載の特定の流体流れ挙動を生じさせる方法。
【請求項１９】
前記沈殿ゾーンの前記第２下方部分に沈殿したスラッジが前記沈殿ゾーンの前記第１上方部分内に戻ることを防止し、かつ前記再導入ラインから前記再循環ラインへの流れを最大にする、請求項１０に記載のスラッジ再循環システムを利用して特定の流体流れ挙動を生じさせる方法であって、
ａ）水と汚濁物質フロックとの混合液を沈殿ゾーンに流入させるステップと、
ｂ）その後、重力の作用で、前記フロックを、前記槽の底部部分に位置しかつ所定体積の前記沈殿ゾーンを画定するスラッジ回収キャビティを含む下流スラッジ回収槽に沈降させ、スラッジを形成するステップと、
ｃ）前記スラッジ回収キャビティ内に位置する吸入口を有しかつポンプに機能的に接続された再循環ラインによって、前記再循環装置内にスラッジを移送するステップと、
ｄ）前記スラッジ回収キャビティの壁部に位置する出口端を有する再導入ラインを介して、所定量のスラッジを前記スラッジ回収キャビティ内に再導入するステップと、
ｅ）結果として生じたスラッジ流を、
ｉ．前記スラッジ回収キャビティ、
ｉｉ．前記再循環装置、
ｉｉｉ．前記再循環ライン、及び
ｉｖ．前記スラッジ回収キャビティの前記壁部に位置する前記再循環装置の前記再導入ラインの特定の組み合わせにより、前記再導入ライン内に逆流させることなく前記再循環ラインに向けて再循環させるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記スラッジ再循環システムから前記低密度の固体物質を含む前記スラッジを漸進的に除去する前記手段が、スラッジの固体物質濃度を監視する手段を含むことを特徴とする請求項１記載のスラッジ再循環システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料水、工業用水または廃水の処理のためにシステムに設けられる簡略化したスラッジ再循環システムであって、バラスト及び水の損失を減らすことによってシステム効率を高めるために、凝結、沈殿、凝集及びバラスト凝集（ballast flocculation）を含む群から選択される方法の組合せを含み得るシステムに関する。本発明はまた、特に簡略化したスラッジ再循環システムを設けたおかげで可能になり、かつ工程の効率をさらに高めるような特定の流体流れ挙動に関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理施設は、様々なサイズ及び組成の汚濁物質に曝された飲料水、使用済み水及び工業用水の浄化に不可欠である。それゆえ、浄化工程は、適切に選択された方法を用いてこれらの汚濁物質を除去することを目的としており、そのような方法は通常、処理を行うために大型水槽内に水を収容することに依存している。汚濁物質は、流速に応じてこれらの水槽の底部に沈んで堆積するほどに高密度であるものもあれば、フィルタにより水からうまく篩い分けされるほどに大きいものもある。しかし、いくつかの汚濁物質（コロイドと呼ばれる）は、混合液内で均等に分布した微小粒子であり、水とコロイドとの混合物であるハイドロコロイド溶液から物理的手段によって効果的に分離することができないので、特定の処理方法が必要とされる。
【０００３】
これらの不要な汚濁物質から水を分離するために、特定の浄化ステップを経なければならない。大きなごみくず（デブリ）を回収し、水のｐＨを調整することによって先々の処理ステップを容易にするために、前処理を行うことができる。懸濁液中のより小さな粒子を除去して水を浄化するために、水処理施設は通常は凝集ゾーンを含み、ここでは、ポリマー（例えば変性ポリアクリルアミド）、化学製品（例えばケイ酸ナトリウム）または稀に同じ特性を持つ天然物のいずれかである凝集剤が、水の中に導入される。そのような凝集剤の添加により、コロイドからの汚濁物質のフロック（粒子凝集体）の形成が始まる。通常、凝集ゾーン内に位置する回転ブレードを備えたミキサが混合液を撹拌することにより、凝集剤と汚濁物質との接触を最大化するので、より大きなフロックの生成が可能になる。
【０００４】
この第１段階の工程（凝集と呼ばれる）は、バラストとして働くマイクロサンドのようなバラスト化物質（ballasted material）及び、水と汚濁物質の溶液中で凝集反応を触媒する接触剤を添加することで、さらに向上させることができる。バラストが添加されると、前述の凝集剤がバラストをコロイド及び他の粒子のフロックと結び付け、そして前もって生成されたフロックを砂粒子とともに塊にすることによってさらに大きくて重いフロックを生じさせる。このことは、凝集及び次の処理ステップを高速に行わせる利点を有する。
【０００５】
水処理工程の次のステップは、沈殿と呼ばれる。沈殿は、沈殿ゾーンで起こり、重力はあらゆる物体をその重量に比例した力で地表に向かって引っ張るという事実を利用している。従って、粒子は重ければ重いほど、この収容ゾーンの底部に向かって容易に引っ張られるので、砂などの粒状バラストの添加（必須ではないが）は、沈殿工程に追加する価値があり、フロックがゾーンの底部に沈むのに必要な時間を減少させることができる。凝集工程は、それゆえ、基本的には、溶液中に懸濁状態で存在するコロイドの量を減らし、溶液中に懸濁状態で存在するより大きな粒子のように重力の影響を受けて沈殿ゾーンの底部まで効果的に沈まないコロイドから比較的重いフロックを生成する手段である。浄化された水は、沈殿ゾーンからオーバーフローした場合には、後で回収される。凝集ゾーンにおいてバラストが用いられる場合、バラスト化されたフロックはその後沈殿ゾーンの底部に堆積し、砂及び粒子状汚濁物質の両者を含んでおり、汚濁物質から砂を分離する処理がさらに必要とされる。
【０００６】
汚濁物質、コロイド及び水を含み、時には砂を含む混合液は、通常「スラッジ（汚泥）」と呼ばれるものを形成し、スラッジは、工程の効率を最大化するために砂及び水をできるだけ抽出した後に本発明のシステムから除去される。前述の抽出の有効性にもよるが、抽出した砂は、一連の動作を通してさらに多く添加する必要なしに、水処理工程において何度も用いることができる。
【０００７】
水処理工程の効率をさらに向上させるために、該工程に非必須の追加ステップ（凝結と呼ばれる）を追加することができる。水処理工程に含まれる場合、凝結は通常第１のステップであり、それによって前処理後に汚水が浄化を始める。前処理として、水と汚濁物質の溶液に三価金属塩を添加する。三価金属塩（通常は鉄またはアルミニウム合成物）は水に溶け、３つの正電荷を持つイオンを放出する。これはコロイドと結合し、その後、小さな凝集体を形成する。これらの凝集体は、溶液に凝集剤が添加されたときに結合されてフロックになり、フロックは、コロイドそのものよりも大きな粒子であるので、凝集体が凝集してフロックになることを事前凝結なしの工程よりも比較的容易にし、従って、水処理施設に別のゾーンすなわち凝結ゾーンを含めること及び三価金属塩のための追加費用という代償を払って、水処理手順の効率を向上させる。
【０００８】
浄化された水は通常、尚も水中に懸濁状態で存在することができるような不安定なフロック及び粒子を除去するために、沈殿ゾーンの後にろ過される。沈殿後に生成されるスラッジの水濃度はそれでもまだ高すぎるので、例えば埋立地などへの運搬を容易にするのに十分な濃度に低下させるために、濃縮手段が必要である。この追加工程は、効率的になるまでにかなりの時間がかかり、多くの場合、屋外の蒸発用地（または乾燥床）の場合のように、大量の空間を必要とする。それに代わるものは、残りの固体汚濁物質からコンパクトな残渣ケーキが作られた後で液体をできるだけ抽出するためにスラッジを繊維フィルタに押し付けることを必要とする圧搾方法である。遠心分離法は、遠心力を用いてスラッジから水を抽出し、残りの汚濁物質の圧搾に関してはコンパクトなケーキに形成される。その一方で、これらの方法は、効率的であるための特殊機械や広大な開放空間を必要とするが、それらは費用がかかり、それらを必要とする地域社会の経済的及び地理的状況によっては非現実的であることもある。
【０００９】
実際の水処理施設の別のよくある問題は、生成されたスラッジからの砂バラストの抽出であり、これは材料の無駄な浪費をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の第１の目的は、改良されたスラッジ再循環システムを用いてスラッジから漸進的に水を除去する一層優れた手段を提供することによって、通常は凝結、凝集、沈殿及びバラスト凝集を含む水処理法の組合せを利用して、水処理施設により排出されるスラッジの量を減らすことである。
【００１１】
本発明の第２の目的は、少ない費用で既存の施設にも新たに建設される施設にも組み込むことができるような、水処理工程を改善する手段を示すことである。
【００１２】
本発明の第３の目的は、そのような施設においてスラッジ水除去手段のサイズを小さくすることである。
【００１３】
本発明の第４の目的は、一部の処理施設で使用されている外部のスラッジ水除去沈殿池（sludge water purging basin）を不要にし、それによって、そのような施設における水処理工程の運転経費及び継続時間を減らすことである。
【００１４】
本発明の第５の目的は、バラスト凝集を含み得る水処理工程中に失われるバラストの量を減らすことである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、後で廃棄される廃棄物の量を減らすために水処理後に回収される残留スラッジ内に含有される水の量を減らす手段を必要とする既存の及び将来の水処理施設に対して、或る解決策を示す。本発明はまた、スラッジをさらに濃縮するのに必要な装置に関してその費用を低下させかつそのサイズを減少させる。本発明はまた、或る種の固液分離手段を用いて、本発明によって可能にされるこれらの手段においてスラッジ再導入の複数の繰り返しサイクルによって達成される回収率を増加させることによって、関連施設におけるバラストの損失を減らす。
【００１６】
凝結、バラスト凝集及び沈殿を含む水処理工程は、通常、スラッジ固形物濃度を０．０５％ないし０．１％（０．５ないし１．０ｇ／Ｌ（グラム／リットル））の範囲に収める。本発明の簡略化したスラッジ再循環システムと組み合わせた場合、広範囲にわたる試験によれば、排出されるスラッジは量が３０ないし９７％減って濃度が３０ｇ／Ｌ以上に増加し、必要なスラッジ濃縮装置を小型化できることが判明した。
【００１７】
本発明はまた、水回収率と等しい回収率でバラストの回収ができる。本発明の性能結果を典型的な水処理システムのものと比較して下表に示す。
【表１】
0005499185.tif 000002
【００１８】
実施形態１、２及び３の構成要素の組合せは、後述するように、沈殿ゾーンの最上部分にスラッジが再び入らないようにする複雑な３次元流れの生成を可能にする。この流れは、本発明の効率をさらに高め、本発明の実施形態の詳細な説明に記載されている特定の構造によって得られる。
【００１９】
本発明は、凝集、沈殿、凝結及びバラスト凝集からなる群から選択される少なくとも１つの浄化方法を用いる水処理施設の沈殿ゾーンに設けられ、スラッジを繰り返し循環させて該スラッジから水分を漸進的に除去するためのスラッジ再循環システムであって、
−重力の作用でスラッジが堆積し得る所定体積の沈殿ゾーンを画定するスラッジ回収キャビティを底部部分において有する下流スラッジ回収槽と、
−再循環装置とを備え、該再循環装置が、
ｉ．溶液に含まれる固体汚濁物質を除去することによって前記溶液を浄化させる固液分離手段と、
ｉｉ．（１）スラッジ回収キャビティに接続された入口端及び固液分離手段に接続された出口端を有する再循環ライン、（２）固液分離手段に機能的に接続された入口端及びスラッジ回収槽に接続された出口端を有する再導入ライン、及び（３）再導入ラインに接続された入口端及び水処理施設の外側へ高密度スラッジを排出する下流出口端を有する排出ラインを含む、再循環手段と、
ｉｉｉ．スラッジ再循環システムを通じてのスラッジの繰り返し循環中に作動し、スラッジ再循環システムから排出ラインを介してスラッジを漸進的に除去する手段と、
ｉｖ．繰り返し循環中に再循環装置内にスラッジを移送する手段とを含むことを特徴とするスラッジ再循環システムを含む。
【００２０】
再循環装置内にスラッジを移送する手段は、再循環ライン上の下流に設置されたポンプであることが好ましい。また、スラッジ再循環システムからスラッジを漸進的に除去する手段は、スラッジの固体成分濃度を監視する手段を含む。
【００２１】
固液分離手段は、ポンプに対して再循環ラインの下流に設置された液体サイクロンであり、該液体サイクロンは、再循環手段に接続されたオーバーフロー排出口と、凝集ゾーン内に排出するアンダーフロー排出口とを含むことが好ましい。
【００２２】
液体サイクロンの効率を最適化するような方法で再循環装置を流れる溶液の流れを調節するために、流れ制御手段及び固体濃度制御手段を含む群から選択される制御手段がさらに設けられることが好ましい。
【００２３】
スラッジ再循環システムから排出ラインを介してスラッジを漸進的に除去するための手段は、液体サイクロンの効率をさらに最適化するべく、流れ制御装置と協働して動作し、スラッジの固体成分濃度に応じてスラッジの流速を調整する浮遊固体（ＳＳ）分析計であることが好ましい。
【００２４】
沈殿ゾーンは回転スクレーパを含み、該回転スクレーパは、沈殿ゾーンの面と或る関係を持つスクレーパ面を画定し、該スクレーパ面に対して上部部分及び下部部分を含みかつ該スクレーパ面上で回転し、回転スクレーパは、沈殿ゾーンの底部に堆積したスラッジを該底部に押し付けた状態でスラッジ回収キャビティに向けて案内し、かつスクレーパ面において沈殿ゾーンを第１の上方の部分及び第２の下方の部分に効果的に分け、それにより、第２下方部分内に位置するスラッジ回収キャビティ、再循環ライン入口端及び再導入ライン出口端を沈殿ゾーンの第１上方部分から分離することが好ましい。
【００２５】
回転スクレーパは、中空シャフトを形成する中心が中空の構造であり、スラッジ回収キャビティ内部に排出する再循環装置の再導入ラインの下流端部分と同一空間にあることが好ましい。
【００２６】
中空シャフトと同軸上にスクレーパの下部部分に逆円錐状部（inverted cone）が凹凸をなして形成され、それにより、スラッジ回収キャビティ内に溜まった溶液が再導入ライン内に動的に逆流することを実質的に防止し、かつ再循環ラインを流れる流れを最大にすることが好ましい。
【００２７】
再循環装置は、スラッジ回収槽まで該槽の外部から延在することが好ましい。
【００２８】
再循環装置の再導入ラインの出口端が、スラッジ回収キャビティの内部に開口していることが好ましい。
【００２９】
砂沈殿チャンバが再循環装置内にさらに含まれかつ再導入ライン及び排出ラインの上流かつ液体サイクロンの下流に設置されており、スラッジが砂様の物質を含むとき、再循環装置内で砂様の粒状物質を回収できることが好ましい。
【００３０】
再循環装置は、液体サイクロンと、再導入ラインに設置された再循環流量制御弁と、同様に前記再導入ラインに設置された浮遊固体分析計とを含み、再循環装置内のスラッジの濃度に応じて流量制御弁の開閉を制御することが好ましい。
【００３１】
水処理施設に水を供給する供給パイプに浮遊固体分析計が取り付けられており、それによって、再循環装置を通る水流を水中のコロイド状汚濁物質濃度に応じて制御できることが好ましい。
【００３２】
液体サイクロンは、スラッジ再循環システムにおいて再循環スラッジを排出することが好ましい。
【００３３】
本発明はまた、沈殿ゾーンの第２下方部分に沈殿したスラッジが沈殿ゾーンの第１上方部分内に戻ることを防止し、かつ再導入ラインから再循環ラインへの流れを最大にするような、スラッジ再循環を利用して特定の流体流れ挙動を生じさせる方法であって、
ａ）水と汚濁物質フロックとの混合液を沈殿ゾーンに流入させるステップと、
ｂ）その後、重力の作用で、フロックを、槽の底部部分に位置しかつ所定体積の沈殿ゾーンを画定するスラッジ回収キャビティを含む下流スラッジ回収槽に沈降させ、スラッジを形成するステップと、
ｃ）下端部分及び中空中心部を含む回転スクレーパによって、槽の底部に堆積したスラッジを前記底部に押し付けた状態でスラッジ回収キャビティに向けて案内するステップと、
ｄ）スラッジ回収キャビティ内に位置する吸入口を有しかつポンプに機能的に接続された再循環ラインによって、再循環装置内にスラッジを移送するステップと、
ｅ）スクレーパの中空中心部内に位置する出口端を有する再導入ラインを介して、所定量のスラッジを前記スラッジ回収キャビティ内に再導入するステップと、
ｆ）結果として生じたスラッジ流を、
ｉ．回転スクレーパ、
ｉｉ．スラッジ回収キャビティ、
ｉｉｉ．再循環装置、
ｉｖ．再循環ライン、及び
ｖ．回転スクレーパの中空中心部内に位置し、スラッジ回収キャビティに排出する再循環装置の再導入ラインの特定の組み合わせにより、再導入ライン内に逆流させることなく再循環ラインに向けて再循環させるステップとを含む方法を含む。
【００３４】
スクレーパの下端部分に逆円錐状部を設け、スラッジの流れが再導入ライン内に逆流することなく再循環ラインを介して再導入ラインから注ぎ込むことをさらに可能にすることが好ましい。
【００３５】
本発明はまた、沈殿ゾーンの第２下方部分に沈殿したスラッジが沈殿ゾーンの第１上方部分内に戻ることを防止し、かつ再導入ラインから再循環ラインへの流れを最大にするような、特定の流体流れ挙動を生じさせる方法であって、
ａ）水と汚濁物質フロックとの混合液を沈殿ゾーンに流入させるステップと、
ｂ）その後、重力の作用で、フロックを、槽の底部部分に位置しかつ所定体積の沈殿ゾーンを画定するスラッジ回収キャビティを含む下流スラッジ回収槽に沈降させ、スラッジを形成するステップと、
ｃ）下端部分及び中空中心部を含む回転スクレーパによって、槽の底部に堆積したスラッジを前記底部に押し付けた状態でスラッジ回収キャビティに向けて案内するステップと、
ｄ）スラッジ回収キャビティ内に位置する吸入口を有しかつポンプに機能的に接続された再循環ラインによって、再循環装置内にスラッジを移送するステップと、
ｅ）スクレーパの中空中心部内に位置する出口端を有する再導入ラインを介して、所定量のスラッジをスラッジ回収キャビティ内に再導入するステップと、
ｆ）結果として生じたスラッジ流を、
ｉ．回転スクレーパ、
ｉｉ．スラッジ回収キャビティ、
ｉｉｉ．再循環装置、
ｉｖ．再循環ライン、及び
ｖ．スラッジ回収キャビティの壁部に位置する再循環装置の再導入ラインの特定の組み合わせにより、前記再導入ライン内に逆流させることなく前記再循環ラインに向けて再循環させるステップとを含む方法を含む。
【００３６】
スクレーパの下端部分に逆円錐状部を設け、スラッジの流れが再導入ライン内に逆流することなく再循環ラインを介して再導入ラインから注ぎ込むことをさらに可能にすることが好ましい。
【００３７】
本発明はまた、沈殿ゾーンの第２下方部分に沈殿したスラッジが沈殿ゾーンの第１上方部分内に戻ることを防止し、かつ再導入ラインから再循環ラインへの流れを最大にするような、特定の流体流れ挙動を生じさせる方法であって、
ａ．水と汚濁物質フロックとの混合液を沈殿ゾーンに流入させるステップと、
ｂ．その後、重力の作用で、フロックを、槽の底部部分に位置しかつ所定体積の沈殿ゾーンを画定するスラッジ回収キャビティを含む下流スラッジ回収槽に沈降させ、スラッジを形成するステップと、
ｃ．スラッジ回収キャビティ内に位置する吸入口を有しかつポンプに機能的に接続された再循環ラインによって、再循環装置内にスラッジを移送するステップと、
ｄ．スラッジ回収キャビティの壁部に位置する出口端を有する再導入ラインを介して、所定量のスラッジをスラッジ回収キャビティ内に再導入するステップと、
ｅ．結果として生じたスラッジ流を、
ｉ．スラッジ回収キャビティ、
ｉｉ．再循環装置、
ｉｉｉ．再循環ライン、及び
ｉｖ．スラッジ回収キャビティの壁部に位置する再循環装置の再導入ラインの特定の組み合わせにより、再導入ライン内に逆流させることなく再循環ラインに向けて再循環させるステップとを含むことを特徴とする方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】外部スラッジ再循環システムに依存する本発明を含む水処理施設（実施形態１）の概略立面図。
【図２】スラッジ再循環システムが、回転スクレーパの中空中心部を通って下に下がる導管を用いて沈殿ゾーンの底部においてスラッジを再導入し、かつスラッジ再循環流が浮遊固体分析計によって調節されるような水処理施設（実施形態２）の概略立面図。
【図３】スラッジ再循環流が代わりに流量計によって調節されるような、図２のスラッジ再循環システムの第２の実施形態を含む水処理施設の別の概略立面図。
【図４】スラッジ再循環流がタイマによって制御される水処理施設の別の概略立面図。
【図５】再循環流制御部品または浮遊固体分析部品を設置することができるような異なる据え付けを示す水処理施設の別の概略立面図。
【図６】供給パイプを流れる水の浮遊固体分析によって再循環流制御がなされる水処理施設の別の概略立面図。
【図７】図２〜図４、図５及び図６に関連して、図２〜図４、図５または図６の下部右側部分から得た、本発明のスラッジ再循環システム（この場合は実施形態２のスラッジ再循環システム）を通過するスラッジの特定の流動力学のシミュレーションを拡大して図に表現したもの。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は、全体として、内部で水が循環している３つの主要ゾーンを含みかつ本発明の実施形態１に対応するスラッジ再循環システムが設けられた水処理施設０１を示している。汚濁物質を漸進的に浄化するために、水は左から右へ流れる。上流凝結ゾーン１０は、導管を介して水を受容する例えば立方体の直立収容槽１００として画定される。導管は図示されていないが従来のパイプであってよい。水中で汚濁物質の凝集体の形成を開始するために、凝結ゾーン１０を流れる水に、凝結剤、好適には三価金属塩が添加される。この水中に懸濁状態で存在する小さな汚濁物質粒子は通常負に帯電しているので、三価金属塩に引き付けられる。三価金属塩は水に溶け、３つの正電荷を持つイオンを放出する。凝結ゾーンの上方に固定されたモータ１１は、回転シャフト１１ａによって接続されたミキサ１２を回転させることができる。ミキサ１２は、第１の上流収容槽１００の床１０２から上方に離間した位置に、作動状態で概ね水平に延在する複数の回転可能なブレード１２ａ、１２ｂ、・・・を含む。
【００４０】
シャフト１１ａは、ミキサ１２が凝結ゾーン１０内で水面下の或る深さに留まるのに十分な長さを有し、モータ１１によって伝達される回転運動によりミキサ１２とともに回転する。２つの反応物質間の接触面積を最大にし、ひいては水の中で正電荷を持つイオンと汚濁物質との間のイオン引力を最大にするために、ミキサブレード１２ａ、１２ｂ、・・・は、槽床１０２の面に概ね平行な面において回転し、水及び三価金属塩溶液を撹拌する。このステップは、適切な浄水の達成に必須ではないが、水処理の効率を高めることができる。
【００４１】
水は、この時点で小さな汚濁物質の凝集体を含んでおり、次に、第２の直立収容槽１０４（凝集ゾーン１５と呼ばれる）に流れ込む。第２の槽１０４の床１０６の上方に固定されたモータ１１０は、同様に、回転シャフト１１０ａを含むことによって、水面下の或る深さでかつ槽１０４の床１０６の面から上方に離間した位置において、第２のミキサ１０８を回転させる。第２の槽１０４内において、凝結ゾーンにおいて形成された凝集体を既に含んでいる水に、凝集剤が混合される。
【００４２】
この凝集剤は、水中でミキサ１０８によって十分に混合され、汚濁物質と結合したときに凝集ゾーン１５内で粒子のフロックを形成させる。フロックの形成速度及びサイズ（ひいては重量）を、バラストの添加によってさらに増加させることができることが好ましい。最もよく用いられるバラストはマイクロサンド（例えば直径５０μｍないし１５０μｍ）であるが、それはマイクロサンドが一般的に利用可能でありかつ費用が比較的安いためである。
【００４３】
水はその後、別の直立収容槽１１２内に設けられた沈殿ゾーン１６と呼ばれる第３のゾーンに入る。２つの先行ゾーン１０及び１５内で生成されたフロック及び凝集体は、重力によって下流槽１１２の漏斗状の床２２に向かって引き寄せられる。従って、より重い粒子は沈殿ゾーン１６の床２２に沈みやすく、より軽い粒子よりも急速に沈むが、これは、水処理システムの効率を高めるための凝結及びバラスト凝集の結果である。スクレーパ２０は、その中央に逆円錐状部２１などの手段を有することができ、スクレーパ２０には、回転可能な直立シャフト１７を駆動するモータ１８によって沈殿ゾーン１６の面に沿って回転運動が与えられる。
【００４４】
シャフト１７の目的は、沈殿ゾーン１６の中心において逆円錐状部２１の真下に位置するスラッジ回収キャビティ１９の床２２の半径方向内向きに下方に傾斜した壁部上に堆積した汚濁物質のフロックを掻き寄せることである。このようにして汚濁物質のフロックはスラッジ回収キャビティ１９内に集まり、その大部分は結果としてスラッジを形成する。
【００４５】
逆円錐状部２１は、他の適切な構造体に置き換えることができ、例えば、ピット床２２から上方に離間した位置に支持されている水平多孔板に置き換えることができる。そのような多孔板の孔は、スラッジが懸濁液の状態に戻らないような流速でスラッジを自由に通過させることができるであろう。
【００４６】
このスラッジは、比較的大量の水を含むものであり、これ以降では希釈スラッジと呼ぶものとする。この水処理の操作を最適化するために、この希釈スラッジからできるだけ多くの水を除去するように該希釈スラッジを処理する必要がある。この目的を達成するために、希釈スラッジは、ポンプ３８の動作によって再循環装置の再循環吸入ライン３９内に吸い込まれる。スラッジはその後、排出ライン３３を通過し、一般的に固液分離手段として機能する液体サイクロン３０に入る。液体サイクロン３０は、汚濁物質の濃度が高いスラッジほど、高い分離率を達成するために液体サイクロン３０を通過する流速を遅くする必要があり、逆に、汚濁物質の濃度が低いスラッジほど、液体サイクロン３０の遠心分離機能に起因して、良好な分離率を達成するために流速を速くする必要があるように作られている。
【００４７】
より低密度の粒子を含むオーバーフロー物質は、排出パイプ３２を通って液体サイクロン３０から排出される。より高密度の粒子を含むアンダーフロー物質は、底部開口を通過して再利用される。給水部３１から供給される水は、再循環されたバラスト化物質から付着物を洗い落とすことができる。砂沈殿エアベントチャンバ３４は、液体サイクロン３０によって供給されるオーバーフロー内にまだ残っている砂をより良好に回収することができるので、砂沈殿エアベントチャンバ３４を排出パイプ３２に接続してもよい。また、本願出願人は、幾つかの検査を行った後に、砂沈殿チャンバはエアベントを設けるのに良好な場所であることが分かった。このエアベントは、再循環スラッジからの空気の分離を促進し、ひいてはスラッジ再循環ピットにおいて空気が導入されることを防止する。
【００４８】
結果として生じたスラッジは、次に、再循環装置の除去排出ライン３５を通って水処理施設から排出されるか、または再導入ライン４０によってスラッジ回収キャビティ１９に戻る。スラッジ内の固体汚濁物質の濃度が所定レベルに達した場合、または流速が規定値に達した場合、または所定時間経過後に、流量制御弁３７の開放を制御する装置３６は、排出ライン３５または再導入ライン４０を選択する。この装置３６は、例えば、浮遊固体分析計、流量計またはタイマを含むことができる。その後でスラッジ回収キャビティ１９内に再導入されたより汚濁物質濃度の高いスラッジは、沈殿ゾーン１６におけるフロックの沈殿から生じた希釈スラッジと混ざり合い、サイクルが再び新たに始まり、次第に水が除去されているスラッジの固体成分濃度を徐々に増加させる。
【００４９】
また、図７に見られるように、スクレーパ２０’’’’’’、上向きの、凹凸（emboss）をなす円錐状部２１’’’’’’、スラッジ回収キャビティ、並びに再循環ライン３９’’’’’’及び再導入中心パイプライン４０’’’’’’の組合せによって、スラッジ回収キャビティ１９’’’’’’内で特定の流体流れ挙動が生じる。この流れ挙動は、再導入ライン４０’’’’’’から再循環ライン３９’’’’’’へスラッジを案内すると同時に、沈殿によりスラッジ回収キャビティ１９’’’’’’内に堆積した希釈スラッジを再導入ライン４０’’’’’’から流入する濃縮スラッジに混合する。
【００５０】
この場合も、図２、図３及び図４にそれぞれ見られるように、スクレーパ２０’、２０’’、２０’’’、逆円錐状部２１’、２１’’、２１’’’、スラッジ回収キャビティ、並びに再循環ライン３９’、３９’’、３９’’’及び回転シャフト１７’、１７’’、１７’’’内に設けられた再導入ライン４０’、４０’’、４０’’’の組合せによって、スラッジ回収キャビティ１９’、１９’’、１９’’’内で特定の流体流れ挙動が生じる。この流れ挙動は、再導入ライン４０’、４０’’、４０’’’から再循環ライン３９’、３９’’、３９’’’へスラッジを案内すると同時に、沈殿によりスラッジ回収キャビティ１９’、１９’’、１９’’’内に堆積した希釈スラッジを再導入ライン４０’、４０’’、４０’’’から流入する濃縮スラッジに混合する。しかし、この場合、再導入ライン４０’、４０’’、４０’’’から流入する濃縮スラッジの逆流を防止することから、逆円錐状部２１’、２１’’、２１’’’がずっと好ましい。
【００５１】
この特定の流体流れ挙動を、最新のコンピュータプログラムを用いて既知の流体力学の原理に従ってシミュレートした。その結果を図７に示す。図７は、濃縮スラッジが再導入ライン４０’’’’’’からスラッジ回収キャビティ１９’’’’に下方に流れ込んで、再循環ライン３９’’’’に真っ直ぐ進むか、またはこのスラッジを沈殿ゾーン１６’’’’’’のキャビティ１９’’’’’’内に保持するために逆円錐状部２１’’’’’’によって方向転換されるかのいずれかであることを示している。この流体流れ挙動は、このように、沈殿ゾーン１６’’’’’’の上部部分に向かう濃縮スラッジの逆流を実質的に制御する逆円錐状部２１’’’’’’を備えた再循環装置によって、重力により絶えず堆積している希釈スラッジと混合させながら濃縮スラッジの再循環を最大にし、それによって沈殿ゾーン１６’’’’’’の上部部分からスラッジ回収キャビティを効果的に分離する。
【００５２】
図２、図３及び図４は、実質的には図１と同じであるが、再循環装置全体にわたって流れを制御する手段が各々異なる本発明の実施形態２の水処理施設を示している。これらの実施形態では、スクレーパ２０’を回転させる沈殿ゾーン１６’の回転シャフト１７’は、中空中心部を有しており、実施形態１の再導入ライン４０’の出口端開口を内部に配置することができる。この構成により、水処理施設内に本発明のスラッジ再循環システムをより良好に一体化することができ、運転に必要なスペースが少なくて済む。
【００５３】
図２を見ると、砂沈殿チャンバ３４’と流量制御弁３７’とを接続するライン４２’上に浮遊固体分析計４１が取り付けられており、それにより、砂沈殿チャンバ３４’内のスラッジの固体成分の濃度に応じて流量制御弁３７’を選択的に開放することができる。この濃度が所定の閾値を下回る場合、浮遊固体分析計４１は、通信手段４２’（この場合はケーブル）を介して信号を送信することによって、流量制御弁３７’を制御する。スラッジはその後、スラッジ回収キャビティ１９’内に再導入されるので、沈殿により漸進的に堆積する希釈スラッジと混ざり合うことができる。濃度が上記の閾値を超えたときには、流量制御弁３７’が閉じ、高濃縮スラッジは、排出ライン３５’を通ってスラッジ再循環システムから排出されることができる。
【００５４】
図３では、図２の浮遊固体分析計４１が流量計４３に置き換わっており、流量計４３は浮遊固体分析計４１と同じ位置に取り付けられている。この場合、流量計４３もまた、所定の流量閾値に応じて流量制御弁３７’’に開放または閉鎖を指示する。
【００５５】
図４では、図２の浮遊固体分析計４１をタイマ４４に置き換えることができる。この場合、タイマ４４は、入力された所定の時間値に応じて流量制御弁３７’’’を時間通りに作動させるために用いられる。
【００５６】
図５は、図２及び図３の流れ制御装置（それぞれ浮遊固体分析計４１または流量計４３）のための好適位置を示している。ここでは、図面を見やすくするために、なくてもよい砂沈殿チャンバ３４’’’’を省略した。これらの装置はさらに、流量制御弁３７’’’’を管理するためにも用いられるが、異なる位置に配置されることにより、各装置がスラッジ再循環システムの用途に応じて特別な利点を有することを示している。流れ制御装置の位置４５ａは、液体サイクロン３０’’’’のオーバーフロー排出ライン３２’’’’に接続され、再導入ライン４０’’’’と排出ライン３５’’’’との分岐部４６’’’’の下流に位置する。位置４５ａでは、所望の濃度の流れがＹ字型分岐部４６’’’’を通過する前に、流れ制御装置が流量制御弁３７’’’’を効果的に制御する。この位置４５ａに流れ制御装置を配置することにより、スラッジ再循環システムは、スラッジ回収キャビティ１９’’’’内の濃度閾値より低い濃度を有するスラッジのみ再導入することができ、それにより、ある程度の時間を節約することができる。
【００５７】
実際は、流れ制御装置が位置４５ｂにある場合、濃度閾値に等しいかまたは閾値を上回る濃度のスラッジのみが本発明のシステムから除去されることになるので、効率は確実に最小になる。しかし、位置４５ｂがＹ字型分岐部４６’’’’の上流であるため、排出ライン３５’’’’を通って除去されるほど高い濃度のスラッジがスラッジ回収キャビティ１９’’’’内に再導入されることになり、従って、スラッジの不必要な再循環と、それを処理するためにより多くの時間とが必要になる。しかし、流れ制御装置の２つのシステム４５ａ及び４５ｂを組み合わせることにより、両者の性質を用いて本発明のシステムの効率を最大にすることができる。流れ制御装置が位置４５ｃに配置される場合には、当該流れ制御装置はさらに、それが所定の閾値の濃度要件に合わないとしても、誤って排出ライン３５’’’’に向かって希釈スラッジを送ってしまうかもしれないシステムの故障または機能停止の場合に、濃縮スラッジの排出を停止するために、位置４５ａまたは４５ｂの一方または両方に配置された流れ制御装置と併用することができる。
【００５８】
図６の水処理施設は、投入ライン４７上に設置された浮遊固体分析計４８を含み、浮遊固体分析計４８は、水を凝結ゾーン１０’’’’に導き、排出ライン４０’’’’を通ってスラッジ再循環システムから排出されるスラッジの濃度が投入された水の濃度に基づいて十分に濃縮されるようにスラッジ再循環システムの流量制御弁３７’’’’を管理する。このシステムは、抽出されたスラッジの処理の効率をさらに最適化するために、前に示した各図（図１〜図５）のシステムと併用することができる。
【図１】
0005499185.tif 000003
【図２】
0005499185.tif 000004
【図３】
0005499185.tif 000005
【図４】
0005499185.tif 000006
【図５】
0005499185.tif 000007
【図６】
0005499185.tif 000008
【図７】
0005499185.tif 000009